数据库原理：第一章 绪论

掌握数据库系统的基本概念和基本原理。
掌握 E-R模型的概念和方法。
了解关系的性质，掌握关系模型的基本概念。
掌握关系数据库标准语言 ——SQL，通过上机进一步熟练应用 SQL语言表达各种数据操作。
掌握关系数据库规范化理论和数据库设计方法，
通过上机实习的训练，初步具备进行数据库应用系统开发的能力。
了解数据库的恢复技术及数据库的安全性。
使用关系数据库管理系统 SQL SERVER 7.0 。
课程目标课 程 目 标课程内容课 程 内 容
第一章 绪论
第二章 关系数据库
第三章 关系数据库标准语言 —— SQL语言
第四章 关系数据库设计理论
第五章 数据库设计与数据库恢复技术
第六章 数据库保护
第七章 数据库的新技术
● 课程讲授
● 上机操作
使用关系数据库管理系统 SQL SERVER 7.0 。
参考书籍参 考 书 籍参考书籍
,数 据 库 系 统 概 论,
（第三版） 萨师煊 王珊高等教育出版社 定价 25.10 元
,SQL Server 7.0 实现数据库设计,
[美 ] 微软公司 著北京希望电子出版社 定价 42.00 元参考书籍参 考 书 籍参考书籍
,数 据 库 系 统 导 论,第七版
AN INTRODUCTION TO DATABASE SYSTEM
孟小峰 王 珊 等译机械工业出版社 定价 66.00 元
,数据库系统慨念,第三版
DATABASE SYSTEM CONCEPTS
杨冬青 等译机械工业出版社 定价 49.00 元参考书籍参 考 书 籍参考书籍
,数 据 库 设计教程,
DATABASE SOLUTIONS
何玉洁 梁 埼 等译机械工业出版社 定价 35.00 元
,数据库原理、编程与性能,第二版
DATABASE PRINCIPLES,PROGRAMMING，
AND PERFORMANCE 周傲英 等译机械工业出版社 定价 55.00 元第 1章
信息与数据
数据处理技术的发展
数据描述与 概念模型
数据模型
关系数据模型
数据库系统结构
数据库管理系统绪 论第 1章第 1章
1963年 美国 Honeywell公司 IDS
（ Integrated Data Store）系统投入运行
1965年 美火箭公司用 IDS帮助设计阿波罗登月火箭
1968年 IBM公司,层次 IMS
1969年 美 CODASYL,网状 DBTG标准
1970年 IBM的 E.F.Codd提出关系模型
20世纪 70年代以层次、网状为主流
20世纪 80年代关系系统逐渐代替层次与网状模型绪 论第 1章引 言1.1
信息社会，数据库无处不在
数据库技术是计算机应用的最主要技术支持之一，它和计算机网络
（包括 Internet）技术构成目前绝大部分计算应用的技术骨干。
典型的数据库应用：
银行、交通信息；
企业信息化建设；
互联网应用的数据库技术支持；
等等。
计算机的主要应用领域：科学计算、数据处理、过程控制，数据处理占,70%
数据库系统是数据处理的核心机构，管理信息系统，办公自动化，
决策支持系统等都使用数据库系统或数据库技术。
存储在某种媒体上可加以鉴别的符号资料。即：对现实世界中客观事物的符号表示 (描述事物的符号记录 )，可以是数值数据，也可以是非数值数据，如声音、图像等。
1.2 数据管理技术的发展概况数 据,
数据管理技术对数据的收集、整理、组织、存储、维护、检索、传送等操作，基本目的就是从大量的，杂乱无章的，难以理解的数据中筛选出有意义的数据。
：
基本概念1.2.1
数据管理技术的发展1.2.2
数据管理技术的四个阶段,
1,人工管理阶段（ 20世纪 50年代中期以前）
2,文件系统阶段（ 20世纪 50年代后期 —— 60年代中期）
3,数据库系统阶段（ 20世纪 60年代后期 —— 今）
4,高级数据库技术阶段（ 20世纪 60年代 —— 今）
硬件 (外存贮器 )
和软件的发展应用需求扩大
● 人工管理阶段 (---50年代中期 )
应用程序 1 应用程序 2 应用程序 n
数据集 1 数据集 2 数据集 n
…
人工管理
● 计算机主要用于科学计算数据量小、结构简单，如高阶方程、曲线拟和等。
● 外存为顺序存取设备磁带、卡片、纸带，没有磁盘等直接存取设备。
● 没有操作系统及数据管理软件用户用机器指令编码，通过纸带机输入程序和数据，程序运行完毕后，由用户取走纸带和运算结果，再让下一用户操作。
● 用户完全负责数据管理工作数据的组织、存储结构、存取方法、输入输出等。
● 数据完全面向特定的应用程序每个用户使用自己的数据，
用完撤走不保存，无共享
● 数据与程序没有独立性程序中存取数据的子程序随着存储结构的改变而改变。
背 景特 点
● 文件系统阶段（ ---60年代中期）
文件系统
…
…
数据集 1
数据集 2
数据集
3
应用程序 1
应用程序 2
应用程序 n
文件系统
● 计算机不但用于科学计算，
还用于管理。
● 外存有了磁盘、磁鼓等直接存取设备。
● 有了专门管理数据的软件，
一般称为文件系统。
● 数据可以长期保存
● 共享性差 （一个文件对应一个程序。）
● 数据与程序有一定的独立性文件的逻辑结构与存储 结构由系统进行转换,
数据在存储上的改变不一定反映在程序上。
背 景特 点数据库系统阶段● 数据库系统阶段（ 60年代末期）
…
应用程序 1
应用程序 2
应用程序 n
数据库数据库管理系统
DBMS
● 计算机管理的数据量大，关系复杂，
共享性要求强（多种应用、
不同语言共享数据）
● 外存有了大容量磁盘，光盘
● 软件价格上升，硬件价格下降。
● 数据有整体的结构性,面向全组织，面向现实世界
● 由 DBMS统一存取，维护数据语义及结构
● 数据共享性好 ● 数据与程序完全相互独立背 景特 点
● 高级数据库系统阶段（ 70年代中期）
分布式数据库系统 面向对象数据库系统数据库技术基本概念数据库
(DB:DataBase) 长期储存在计算机内的有组织的、可共享的相关数据的集合。
数据库管理系统
(DBMS:DataBase
Management
System)
DBMS是介于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。为用户或应用程序提供访问 DB的方法，包括 DB的建立、查询、
更新及各种数据控制。 DBMS是基于某种数据模型。
数据库系统
(DBS:DataBase
System)
数据库系统（ DBS）通常是指带有数据库的计算机应用系统。
包括数据库、相应的硬件、软件和各类人员。
数据库技术硬件操作 系统D
B M S
应用 软 件应用 程序包数据库系统软硬件层次关系数据库技术是研究数据库的结构、存储、设计、管理和使用的一门软件学科；是一门综合性较强的学科。
1.2.3
1) 实体（ entity）：客观存在，可以相互区别的东西 称为实体。 实体可以是具体的对象，也可以 是抽象的事件。
2) 实体集（ entity set）：性质相同的同类实体的集合。
3) 属性（ attribute）,实体的某一方面的特征
4) 属性域（ domain）,属性的取值范围；含值的类型
5) 码 (key),唯一标识每个实体的属性或属性集
6) 实体型 （ entity type）,某一实体属性的集合信息世界数据处理中的数据描述，从事物特性到计算机中的具体表示经历了三个领域：
现实世界、信息世界、机器世界。
即客观世界，产生最原始的数据。现实世界是现实世界在人们头脑中反映并用文字或符号记载下来，是人对现实世界的认识抽象过程，
经选择、命名、分类等抽象工作后进入信息世界。
现实世界信息世界计算机 世界概念化形式化用户计算机
1.3 数据描述与概念模型
1.3.1 信息和数据
1) 字段（ field）或数据项（ data item）：
标记实体属性的命名单位，是数据库中的最小信息单位。
2) 记录（ record）：字段值的有序集合。
3) 记录型,字段名的有序集合。
4) 文件,同类记录的集合。对应于实体集。
5) 码（ key）：能唯一标识文件中每个记录的字段或字段集。
用数据模型描述现实世界中的事物及其联系。机器世界
1.3 数据描述与概念模型
1.3.1 信息和数据
1.3 数据描述与概念模型信息和数据1.3.1
事物性质实体属性记录数据项现实世界 信息世界 机器世界黑色、木质、矩形,3.2m Х 1.4m黑板颜色是黑色、
材料是木材、
形状是矩形、
尺寸是长 3.2米，
高 1.4米笑脸脸谱 黑白点阵
1.3 数据描述与概念模型数据间的联系1.3.2
一对一的联系，记为 1﹕ 1
一对多的联系，记为 1﹕ n
多对多的联系，记为 m﹕ n
实体联系类型
实体内部联系 （ 在关系数据理论中进行讨论 ）
实体之间的联系
同一实体型的实体之间的联系
不同实体型的实体之间的联系实体集 E1 实体集 E2
E1 E2
座位 乘客
1．一对一联系：
实体集 E1中每个实体至多和实体集 E2中一个实体有联系，反之亦然记为 1﹕ 1。
实体集 E1 实体集 E2
E1 E2
车间 工人
2．一对多联系：
实体集 E1中的每个实体与实体集 E2中任意个实体有联系，而 E2中每个实体至多和 E1中的一个实体有联系，记为
1﹕ n。
实体集 E1 实体集 E2
E1 E2
学生 课程
3．多对多联系：
实体集 E1中的每个实体与实体集 E2中任意个实体有联系，反之亦然，记为 m﹕ n。
实体之间的联系
1．一对一联系,实体集 E1中每个实体至多和实体集 E2中一个实体有联系，反之亦然记为
1﹕ 1。
2．一对多联系,实体集 E1中的每个实体与实体集 E2中任意个实体有联系，而 E2中每个实体至多和 E1中的一个实体有联系，记为 1﹕ n。
3．多对多联系,实体集 E1中的每个实体与实体集 E2中任意个实体有联系，反之亦然，记为
m﹕ n。
E-R模型 实体联系模型（ Entity Relationship Model）。该模型直接从现实世界中抽象出实体类型及实体间联系，然后用 E-R图表示的数据模型。
在信息世界中建立的，完全不涉及信息在计算机系统中的表示（独立子计算机系统）的数据模型，称为概念数据模型，简称概念模型。
最典型的是“实体联系模型”即 E-R模型。
实体名属性名
E-R图的四个基本成分：
矩形框 表示 实体型椭圆形 表示 属性菱形 表示 联系联系名连接实体型与联系类型，也可用于表示实体与属性的联系并注明种类；对构成码的属性，在属性名下画一横线表示。
n
课 程成 绩 选修
m
学号姓名学 生
1.3 数据描述与概念模型
1.3.3 E-R模型
首先确定实体类型：几个实体类型及相应的实体名
确定联系类型：各实体类型之间是否有联系，是何种联系类型及相应的联系名
连接实体类型和联系类型，组合成 E-R图
确定实体类型和联系类型的属性
确定实体类型的码设计 E-R图过程
n
课 程成 绩 选修
m
学号姓名学 生
1.3 数据描述与概念模型
1.3.3 E-R模型例：学生选修课程学生 课程选修姓名 学号 系别 课程号 课程名 学分成绩用矩形表示实体用椭圆表示实体的属性用无向边把实体与其属性连接起来用菱形表示实体间的联系实体与联系用线段连接并注明类型
m n
1.3 数据描述与概念模型
1.3.3 E-R模型
1.3 数据描述与概念模型
E-R模型1.3.3
例：工厂产品、零件、材料和仓库某工厂生产若干产品,每种产品由不同的零件组成,有的零件可用在不同的产品上 。 这些零件由不同的原材料制成,不同零件所用的材料可以相同 。 这些零件按所属的不同产品分别放在仓库中,原材料按照类别放在若干仓库中 。
请用 E-R图画出此工厂产品,零件,材料,仓库的概念模型 。
产品零件材料仓库组成制造存储存放数据描述与概念模型例：工厂产品、零件、材料和仓库某工厂生产若干产品,每种产品由不同的零件组成,有的零件可用在不同的产品上 。 这些零件由不同的原材料制成,不同零件所用的材料可以相同 。 这些零件按所属的不同产品分别放在仓库中,原材料按照类别放在若干仓库中 。
请用 图画出此工厂产品,零件,材料,仓库的概念模型 。
产品零件材料仓库组成制造存储存放习题 9
1:1,1:n,m:n联系中允许,0”
没有提到的联系不应该出现例如教员和课程之间的联系
联系名、实体名都不能重名
一个实体不能多次出现注 意数 据 模 型数据模型 (Data Model)
1.4
1.4.1
在机器世界中，直接面向数据库的逻辑结构；涉及到计算机系统和数据库管理系统，描述现实世界的事物及事物间的联系，并对数据建模的模型。
● 数据结构 ● 数据操作 ● 完整性约束用于描述系统的静态特性；是所研究的对象类型（ Object type）
的集合，包括：数据的类型、内容和性质的对象（事物）；数据之间联系的对象（联系）。
1．数据模型：
2．数据模型的三要素
3．数据结构：
6,常见的数据模型：
● 层次模型 ● 网状模型 ● 关系模型是一组完整性规则（条件）的集合。给出数据及其联系所具有的制约、依赖和存储规则，用于限定数据库的状态和状态变化，保证数据库中的数据的正确、有效、完全和相容。
5,完整性约束（ Integrity Constraint）：
数 据 模 型1.4
1.4.1 数据模型用于描述系统的动态特性，是对数据库中的各种对象的实例（值）
允许执行的操作的集合。主要有检索和更新（插入、删除、修改）两类操作。
4,数据操作（ Data Manipulation）,
1.4 数 据 模 型
1.4.2 关系模型实体、实体之间的联系均由二维表来表示；二维表称为关系。
定义：
96英语C0002能 301能动李一凡00097003
95高等数学C0001信 103电信王峰涛00097002
87英语C0002管 201管理张丽00097001
90高等数学C0001管 201管理张丽00097001
学习成绩
Grade
课程名
NameCour
课程号
IdCour
院地址
Addr
所在学院
Inst
姓名
NameStu
学号
IDStu
SC
1.4 数 据 模 型
1.4.2 关系模型二维表，由行与列构成。
1）元组：表中的一行（一条记录）
2）属性：表中的一列（字段、数据项）
3）分量：某一元组中的一个属性值；分量为最小单位，不可分。
1,数据结构：
96英语C0002能 301能动李一凡00097003
95高等数学C0001信 103电信王峰涛00097002
87英语C0002管 201管理张丽00097001
90高等数学C0001管 201管理张丽00097001
学习成绩
Grade
课程名
NameCour
课程号
IdCour
院地址
Addr
所在学院
Inst
姓名
NameStu
学号
IDStu
元组属性
1.4 数 据 模 型
1.4.2 关系模型
1）操纵：查询、插入、修改、删除
2）完整性约束：实体完整性、参照完整性、
用户定义完整性
2．数据操作与完整性约束
96英语C0002能 301能动李一凡00097003
95高等数学C0001信 103电信王峰涛00097002
87英语C0002管 201管理张丽00097001
90高等数学C0001管 201管理张丽00097001
学习成绩
Grade
课程名
NameCour
课程号
IdCour
院地址
Addr
所在学院
Inst
姓名
NameStu
学号
IDStu
学生课程（ 学号,姓名,所在学院,院地址,课程号,课程名,学习成绩 ）
学生课程
1.4 数 据 模 型
1.4.2 关系模型
1）优点：严格的数学概念；
结构单一、简单；
用户易懂易用存取路径透明；
数据独立性强；
安全性高；
易于开发；
2）缺点：查询效率低在 DB的物理组织中，表以文件形式存储。
4．存储结构：
5．优缺点：
法律基础C0004
计算机应用C0003
英语C0002
高等数学C0001
课程名
NameCour
课程号
IdCour
C
1.5 数据库系统结构数 库据应用程序 应用程序 应用程序外模式 A 外模式 B
外模式 / 模式概念模式模式 / 内模式用户级数据库概念级数据库物理级数据库
DBM
S
OS内模式
1.5 数据库系统结构
1．模式,也称为概念模式，是数据库全体数据的全局逻辑结构和特征的描述。
2．外模式,是关于用户数据的局部逻辑结构和特征的描述，是模式的逻辑子集。
3．内模式,是数据库数据的物理结构和存储结构的描述。
4．模式 /内模式映象,该映象存在于模式与内模式之间，用于定义模式与内模式之间的对应性。本映象一般在内模式中描述。
5．外模式 /模式映象,该映象存在于外模式与模式之间，用于定义外模式和模式之间的对应性。本映象一般在外模式中描述。
1.5 数据库系统结构在数据库系统的三级模式结构中，存在外模式 /模式的映象，当模式发生变化时，只要修改外模式 /模式的映象，即可保持外模式不变，
从而保证程序和数据的逻辑独立性。
在数据库系统的三级模式结构中，存在模式 /内模式的映 象，当内模式发生变化时，只要修改模式 /内模式的映象，就可以保持模式不变，从而保证程序与数据的物理独立性。
6．物理独立性：
7．逻辑独立性：
1.5 数据库系统结构客户机 /服务器结构 Client/Server
将数据库管理系统的功能和应用处理的功能分开：
在网络上的某个结点上的计算机上专门用于执行 DBMS 的功能，成为数据库服务器；
其它结点上的计算机安装 DBMS的外围应用开发工具,支持用户的应用，
称为客户机。
服务器服务器 DBMS
接 口接 口 接 口应用软件 应用软件
......
......
服务器客户机
● 从最终用户角度,单用户结构、主从式结构、分布式结构、
客户 /服务器结构、并行式结构
1.6 数据库管理系统
DBMS
数据库批处理用户 2
终端用户 2
终端用户 1
终端用户 3
数据库管理系统的主要任务是完成用户对数据库的存取请求，
即检索、插入、更新或删除等操作。
DBMS的目标,用户界面友好、功能完好、结构清晰、高效率、开放性批处理用户 应用程序员。存取数据库中的大量数据，或编写程序来存取并处理数据库中的数据。
终端用户 通过终端设备，使用简便的查询命令来存取数据库中的数据。
系统用户 数据库管理员。全面负责建立、维护和管理数据库系统系统用户
1.6 数据库管理系统对数据库中的相关内容进行定义,外模式、1,数据定义功能
2,数据库操纵功能 增、删、改、查等对数据库的基本操作
3,数据库运行控制 安全性控制、并发性控制、内部维护等
4,数据组织存储管理恢复、重组与重构、性能监视与分析功能 数据库管理系统 (DBMS)是数据库系统的核心软件，其主要目标是使数据成为方便用户使用的资源,易于为各种用户所共享,
并增强数据的安全性、完整性和可用性。
5.数据库的建立和维护
6,数据通信接口模式、内模式、两个映象、有关约束条件与其他软件系统进行通信的功能初始数据的导入、数据转换、转储与数据字典、用户数据、存取路径的等
1.6 数据库管理系统组成
数据定义语言及其翻译处理程序
数据操纵语言机器编译程序
数据库运行控制程序
实用程序
1,数据定义语言及其翻译处理程序（ 数据库定义功能）
DDL语言 （ Data Description Language）
描述外模式、模式、内模式（源模式）
模式翻译程序
把源模式翻译成目标模式，存入数据字典中
1.6 数据库管理系统
2.数据操纵语言机器编译程序（ 数据操纵功能）
DML语言 （ Data manipulation language）
对数据库进行检索、插入、修改、删除
DML类型
宿主型
– DML不独立使用，嵌入到高级语言（主语言）程序中使用
自含型
– 独立使用，交互式命令方式
DML语句执行方式
宿主型
– 预编译和增强编译
自含型
– 解释执行
1.6 数据库管理系统负责数据库运行过程中的控制与管理。包括：
系统初启程序?文件读写与维护程序
存取路径管理程序?安全性控制程序
缓冲区管理程序?并发控制程序
完整性检查程序?运行日志管理程序
事务管理程序数据运行控制程序实用程序完成数据库的建立与维护、数据格式的转换与通信。包括：
数据初始装入程序?数据转储程序
数据库恢复程序?性能监测程序
数据库再组织程序?数据转换程序
通信程序
1.6 数据库管理系统系统缓冲区数据库应用程序 A
用户工作区数据库管理系统
(DBMS)
操作系统
5
2
3
1 10
9
7
6
8
DBMS 运行过程示意图子模式模 式内模式
4
总 结
信息与数据
数据处理技术的发展
数据描述与 概念模型（ E-R模型）
数据模型
关系数据模型
数据库系统结构
数据库管理系统